ZARINA TATIA BARBOSA VIEIRA DOS SANTOS
AVALIAÇÃO COMPARATIVA DE DOIS DESENHOS DE OSTEOTOMIA SAGITAL DO RAMO MANDIBULAR: ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS
COMPARATIVE EVALUATION OF TWO DIFFERENT SAGITTAL SPLIT RAMUS OSTEOTOMIES: FINITE ELEMENT ANALYSIS
PIRACICABA 2018
Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Odontologia de Piracicaba
ZARINA TÁTIA BARBOSA VIEIRA DOS SANTOS
AVALIAÇÃO COMPARATIVA DE DOIS DESENHOS DE OSTEOTOMIA SAGITAL DO RAMO MANDIBULAR: ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS COMPARATIVE EVALUATION OF TWO DIFFERENT SAGITTAL SPLIT
RAMUS OSTEOTOMIES: FINITE ELEMENT ANALYSIS
Tese apresentada à Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutora em Clínica Odontológica, na área de Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Faciais.
Thesis presented to the Piracicaba Dental School of the University of Campinas in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor in Dental Clinic, in Surgery and Oral and MaxilloFacial Traumatology area.
ORIENTADOR: PROF. DR. JOSÉ RICARDO DE ALBERGARIA-BARBOSA
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELA ALUNA ZARINA TATIA BARBOSA VIEIRA DOS SANTOS E ORIENTADO PELO PROF. DR. JOSÉ RICARDO DE ALBERGARIA-BARBOSA.
PIRACICABA 2018
Agência(s) de fomento e nº(s) de processo(s): Não se aplica.
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas
Biblioteca da Faculdade de Odontologia de Piracicaba Marilene Girello - CRB 8/6159
Santos, Zarina Tatia Barbosa Vieira dos,
Sa59a SanAvaliação comparativa de dois desenhos de osteotomia sagital do ramo mandibular : análise de elementos finitos / Zarina Tatia Barbosa Vieira dos Santos. – Piracicaba, SP : [s.n.], 2018.
SanOrientador: José Ricardo de Albergaria Barbosa.
SanTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba.
San1. Osteotomia mandibular. 2. Análise de elementos finitos. 3. Cirurgia ortognática. I. Albergaria-Barbosa, José Ricardo de, 1956-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Odontologia de Piracicaba. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Comparative evaluation of two different sagittal split ramus osteotomies : finite element analysis
Palavras-chave em inglês: Mandibular osteotomy Finite element analysis Orthognathic surgery
Área de concentração: Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Faciais Titulação: Doutora em Clínica Odontológica
Banca examinadora:
José Ricardo de Albergaria Barbosa [Orientador] Andrezza Lauria de Moura
Leandro Souza Pozzer Raquel Correia de Medeiros Claudio Ferreira Nóia
Data de defesa: 17-08-2018
Programa de Pós-Graduação: Clínica Odontológica
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Odontologia de Piracicaba
A Comissão Julgadora dos trabalhos de Defesa de Tese de Doutorado, em sessão pública realizada em 17 de Agosto de 2018, considerou a candidata ZARINA TATIA BARBOSA VIEIRA DOS SANTOS aprovada.
PROF. DR. JOSÉ RICARDO DE ALBERGARIA BARBOSA
PROFª. DRª. ANDREZZA LAURIA DE MOURA
PROF. DR. LEANDRO SOUZA POZZER
PROFª. DRª. RAQUEL CORREIA DE MEDEIROS
PROF. DR. CLAUDIO FERREIRA NÓIA
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, Apolinário dos
Santos e Francisca dos Santos, aos meus irmãos, Romenigue dos Santos e Jurandy dos Santos, ao meu
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Maria de Nazaré.
Ao meu pai, Apolinário dos Santos. Obrigada papá, por seres esse homem pronto a reinventar-se todos os dias.
À minha mãe, Francisca dos Santos. Obrigada mamá, olho para ti e sei, que ser mulher significa ser guerreira. Que Deus permita-me ser metade mãe da mãe que és.
Aos meus irmãos Romenigue dos Santos e Jurandy dos Santos pela simplicidade e clareza com que vêm o mundo.
Ao meu companheiro de vida Renan Aversa. Eu amo você.
Ao meu filho Enzo Vieira, meu eterno WALALI. Jamais existirão palavras para descrever a tamanha vitalidade que você trouxe para nossas vidas.
À minha amiga Sandrine Spencer, pelas enumeras demonstrações que para uma amizade verdadeira, não importa o tempo nem a distância.
Ao Prof. Dr. José Ricardo de Albergaria-Barbosa pela amizade, respeito, lealdade, sinceridade, carisma, dedicação e exemplo de pessoa e, sobretudo, professor por nos permitir voar. Um verdadeiro MESTRE, com letras bem gordas. Ao Prof. Dr. Márcio de Moraes, pela dedicação incondicional à profissão e à Universidade.
À Profa. Drª. Luciana Asprino, pela dedicação incondicional aos pacientes. Ao Prof. Dr. Alexander Sverzut, pela disponibilidade, presença constante, paciência e simplicidade com que encara o ensinamento. São características que encurtam a distância professor-aluno.
Ao Prof. Dr. Claudio Noia, por trazer leveza e novos ares ao departamento.
Ao Prof. Dr. Eduardo Almada, Prof. Dr. Rafael Ortega e Profa. Dra. Lenita Marangoni, por terem feito parte da banca de qualificação e permitirem compartilhar seus conhecimentos científicos e de carreira para melhora deste trabalho.
Aos meus colegas de pós graduação: Pauline Magalhães, Eder Sigua, Breno Nogueira, Renato Ribeiro, Fabiano Menegat, Clarice Maia, Douglas Goulart, Milton Cougo, Andrezza Lauria, Raquel Medeiros, Leandro Pozzer, Evandro Portela, Valdir Cabral, Castelo Cidade, Marcelo Breno, Darklilson Santos, Carolina Ventura, Rodrigo Chenu.
À Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em nome do meu país, agradeço a oportunidade de desenvolver minhas atividades de graduação e pós-graduação na Faculdade de Odontologia de Piracicaba.
Às funcionárias do Centro Cirúrgico – Edilaine, Angélica, Natália, Patrícia e Débora- por serem os alicerces da área.
A toda a equipe do HSCL, em especial ao Dr. Afonso Manzano, pela paciência e educação infinita.
Aos pacientes, pela confiança depositada.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001
RESUMO
OBJETIVO: Avaliar a distribuição de tensões em dois desenhos de osteotomia sagital do ramo mandibular (OSRM) através da análise de elementos finitos (AEF). MATERIAIS E MÉTODOS: Quatro modelos 3D de hemimandíbula foram criados e divididos em dois grupos: grupo I - osteotomia angulada e grupo II - osteotomia linear. Após um avanço de 5 mm do segmento distal, os segmentos ósseos foram fixados por duas técnicas de osteossínteses utilizando sistemas de placa/parafuso de 2,0 mm, estabelecendo subgrupos: A - uma placa reta convencional de 4 furos com 4 parafusos monocorticais de 5mm e B - uma placa convencional de 4 furos com 4 parafusos monocorticais de 5mm e um parafuso bicortical na região distal de 12mm. Após carregamento vertical, foram avaliados os valores de tensão de von Mises, tensão de Mohr-Coulomb, tensões máximas e mínimas principais e o deslocamento.
RESULTADOS: A tensão de von Mises foi maior no modelo GIIA (2105,2 MPa), enquanto o modelo GIB apresentou a menor (1072 MPa). Os deslocamentos da placa de fixação foram de 3,8 mm, 3,4 mm, 2,0 mm e 1,1 mm nos modelos GIIA, GIA, GIIB, e GIB respectivamente. O volume de tensão de Mohr-Coulomb ≥ 1 foi maior no segmento distal em todos os modelos. O modelo GIIA teve a distribuição mais desproporcional e o maior volume de tensão (4,61) bem como o maior valor máximo de tensão principal (804.08MPa) e o menor valor de tensão mínimo principal (-983.71MPa).
CONCLUSÃO: O desenho da osteotomia não influenciou a intensidade e distribuição das zonas de tensões quando a técnica híbrida foi aplicada, já quando a fixação foi apenas com placa a osteotomia angulada apresentou melhor distribuição das tensões.
Palavras-chave: Osteotomia mandibular, cirurgia ortognática, análise de elementos finitos, fixação.
ABSTRACT
PURPOSE: The aim of this study was to evaluate the stress distribution in two different design of the sagittal split ramus osteotomy (SSRO) through finite elements analysis (FEA).
MATERIALS AND METHOD: Four 3D model of a hemimandible was created and divided in two groups: group I - angled osteotomy and group II - linear osteotomy. After 5-mm advancement of the distal segment, the bone segments were fixed by two techniques of osteosynthesis using 2.0-mm plate/screw systems, establishing sub-groups: A - one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 monocortical screws of 5mm and B - one 4-hole conventional plate fixed by 4 monocortical screws of 5mm and one a bicortical screw in the distal region of 12mm. After a vertical loading, the values of von Mises stress, Mohr-Coulomb stress, principal maximum and minimum stresses and the displacement were evaluated.
RESULTS: The von Mises stress was highest at GIIA model (2105.2 MPa), whereas the GIB model had the lowest (1072 MPa), showing an displacement of 3.8mm, 3.4mm, 2.0mm and 1.1mm for the GIIA, GIA, GIIB and GIB models, respectively. The volume of Mohr-Coulomb stress ≥ 1 was highest in the distal segment in all models. The GIIA model was the most unequal distribution with the highest stress volume (4.61) and it had the highest principal maximum stress value (804.08MPa) and the lowest principal minimum stress value (-983.71MPa).
CONCLUSION: The design of the osteotomy did not influence the intensity and distribution of the stress zones when the hybrid technique was applied, since when the fixation was only with plaque the angled osteotomy presented better stress distribution.
Keywords: Mandibular osteotomy, orthognathic surgery, finite element analysis, fixation
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 11
2. ARTIGO: COMPARATIVE EVALUATION OF TWO DIFFERENT SAGITTAL SPLIT RAMUS OSTEOTOMIES: FINITE ELEMENT ANALYSIS 15 3. CONCLUSÃO 30 REFERÊNCIAS 31 . 30 29
11 1. INTRODUÇÃO
A técnica da osteotomia sagital do ramo mandibular (OSRM), associada ao uso de fixação interna funcionalmente estável (FIFE), é um procedimento cirúrgico versátil e é a técnica mais empregue para correções de deformidades dentofacias resultantes de prognatismo, retrognatismo ou laterognatismo mandibulares22.
Desde os primórdios das cirurgias para as correções das deformidades faciais, em especial as mandibulares, tanto as técnicas cirúrgicas como as formas de fixação das osteotomias corretivas foram desenvolvidas e aperfeiçoadas.
O primeiro relato na literatura sobre a realização de uma cirurgia ortognática foi o de Simon Hullihen, em 18472. O procedimento cirúrgico promoveu o restabelecimento da função mastigatória e da estética facial de uma paciente que havia sofrido graves sequelas de queimaduras. Marcado como a primeira osteotomia mandibular, lembrando a atual técnica de osteotomia subapical anterior.
Somente no século XX foram obtidos maiores desenvolvimentos técnicos para a realização da OSRM, iniciados pelo trabalho de Schuchardt, em 194219, na Alemanha. Este foi considerado a primeira osteotomia que apresentava uma configuração sagital, realizada por via intra-bucal.
A técnica proposta por Trauner & Obwegeser em 195721, denominada como “separação vertical do ramo ascendente” apresentava uma evolução significativa no desenho da osteotomia, o que permitia correções mandibulares de três tipos de deformidades: o prognatismo, o retrognatismo e as deformidades de trespasse vertical negativa (mordida aberta). A versatilidade desta técnica era baseada em um maior contato entre as superfícies ósseas osteotomizadas em todos estes movimentos.
Ao longo dos anos seguintes, inúmeras modificações passaram a ser incrementadas à técnica de Trauner & Obwegeser21, com destaque para as publicações de: Dal Pont em 19616, quando propôs a osteotomia retromolar, modificando a osteotomia horizontal inferior para uma osteotomia vertical na cortical externa entre o primeiro e o segundo molar; Hunsuck em 196811 descreveu um corte medial horizontal menor, e com extensão
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posterior imediatamente após a língula; Epker em 19778, sugeriu modificações que delinearam o desenho que é característico da OSRM preconizada atualmente, suas adaptações incluíram mínimo descolamento da musculatura do masseter e dissecção medial mais limitada, seguindo-se a osteotomia defendida por Hunsuck em 196811. Farrel & Tucker em 20119, propuseram uma alteração no desenho da osteotomia sagital para correção de assimetrias mandibulares. Mandíbulas assimétricas podem ter alterações anatômicas e isso pode aumentar a complexidade da osteotomia. O estreitamento do ramo médio-lateralmente associado à deformação do corpo e grave assimetria pode impedir o desempenho de uma osteotomia tradicional. A osteotomia superior inicial sobre a face lingual da mandíbula requer uma maior orientação vertical ou para baixo do que a tangente de um corte oblíquo típico na depressão retrolingual. A fixação das osteotomias realizadas para essas correções de deformidades dentofaciais iniciou-se com a utilização de fios de aço e bloqueio maxilomandibular3,7-8. Juntamente com a evolução da técnica operatória e a diversidade e avanço dos métodos de fixação realizados em cirurgia ortognática, houve também o desenvolvimento e aprimoramento dos próprios sistemas de FIFE.
Considera-se que a partir da década de 70 na Europa e década de 80 nos Estados Unidos, preconizou-se a utilização de FIFE na OSRM, variando entre a aplicação de placas/parafusos monocorticais e parafusos bicorticais e placas/parafusos monocorticais + parafusos bicorticais também descrita como técnica híbrida por McDonald em 198713. Alguns tópicos que especificavam as vantagens do emprego de placas/parafusos monocorticais sobre a técnica de parafusos bicorticais, sejam eles posicionais ou compressivos foram listados por Stoelinga & Borstlap.em 200320. Entre eles a ausência de incisões em pele; as placas permitem adaptação ao contorno dos segmentos osteotomizados; parafusos monocorticais tendem a apresentar menores lesões do nervo alveolar inferior; facilidade de correção do posicionamento inadequado do segmento proximal; e em casos de infecção, as placas podem ser facilmente removidas sob anestesia local e execução mais fácil da técnica de placas/parafusos monocorticais.
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Por conseguinte, Ochs em 200314 listou algumas das desvantagens clínicas do emprego de placas/parafusos monocorticais em relação aos parafusos bicorticais. Além de menor resistência mecânica, as placas também apresentam maior potencial de palpabilidade ou irritação crônica lateralmente ao segundo molar inferior. Apesar de não serem observadas diferenças quanto ao tempo cirúrgico para instalação, a técnica de parafusos bicorticais também foi reconhecida por apresentar ampla vantagem sobre a técnica de placas, por reduzir significativamente os custos operacionais.
Na tentativa de se conseguir unir as vantagens de ambas as técnicas (parafusos bicorticais e placas/parafusos monocorticais), foi proposta a chamada técnica híbrida, onde além da placa com quatro parafusos monocorticais, também é instalado um parafuso bicortical posterior ao último dente e acima do canal mandibular. Estudos como o de Murphy em 199712 e Brasileiro em 20094 demonstraram que a instalação de um parafuso bicortical aumentou a resistência do sistema quando comparado com as placas/parafusos monocorticais em estudos in vitro.
O estudo de resistência mecânica de Pozzer em 201415 e Santos em 201718, concluíram que o desenho da OSRM influência a resistência mecânica do sistema de fixação da OSRM. O estudo de Andrade em 20141 com uma análise qualitativa fotoelástica, concluiu que o desenho da OSRM influência a localização e distribuição de tensões do sistema de FIFE durante o carregamento linear.
A avaliação por meio de elementos finitos (AEF) oferece dados biomecânicos quantitativos sem as limitações de medidas experimentais diretas, assim a avaliação com elementos finitos veio como uma alternativa promissora para a análise das tensões e suprir algumas lacunas de outras metodologias, esta é baseada na criação de modelos computacionais que são representados graficamente por malhas de geometria complexas. Entre as vantagens dessa metodologia está a possibilidade de uma avaliação tridimensional e a capacidade de avaliar as tensões geradas inclusive no sistema de fixação, coisa que não é possível, por exemplo, na análise fotoelástica5,10.
Desta forma, o objetivo deste trabalho foi comparar a distribuição de tensões entre o desenho tradicional da OSRM apresentada por Epker8, que chamaremos de osteotomia
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angulada, e o desenho descrito por Farrel & Tucker9, que chamaremos por sua vez de osteotomia linear através da AEF.
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2. ARTIGO: COMPARATIVE EVALUATION OF TWO DIFFERENT SAGITTAL SPLIT RAMUS OSTEOTOMIES: FINITE ELEMENT ANALYSIS
PURPOSE: The aim of this study was to evaluate the stress distribution in two different design of the sagittal split ramus osteotomy (SSRO) through finite elements analysis (FEA).
MATERIALS AND METHOD: Four 3D model of a hemimandible was created and divided in two groups: group I - angled osteotomy and group II - linear osteotomy. After 5-mm advancement of the distal segment, the bone segments were fixed by two techniques of osteosynthesis using 2.0-mm plate/screw systems, establishing sub-groups: A - one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 monocortical screws of 5mm and B - one 4-hole conventional plate fixed by 4 monocortical screws of 5mm and one a bicortical screw in the distal region of 12mm. After a vertical loading, the values of von Mises stress, Mohr-Coulomb stress, principal maximum and minimum stresses and the displacement were evaluated.
RESULTS: The von Mises stress was highest at GIIA model (2105.2 MPa), whereas the GIB model had the lowest (1072 MPa), showing an displacement of 3.8mm, 3.4mm, 2.0mm and 1.1mm for the GIIA, GIA, GIIB and GIB models, respectively. The volume of Mohr-Coulomb stress ≥ 1 was highest in the distal segment in all models. The GIIA model was the most unequal distribution with the highest stress volume (4.61) and it had the highest principal maximum stress value (804.08MPa) and the lowest principal minimum stress value (-983.71MPa).
CONCLUSION: The osteotomy design was not associated as an influence on the intensity and distribution of stress zone when the hybrid technique was applied.
Keywords: Mandibular osteotomy, orthognathic surgery, finite element analysis, fixation INTRODUCTION
The modification of any surgical technique must seek to optimize it through better clinical results, simplifying the procedure until the surgical risks are reduced1-2. The sagittal split
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ramus osteotomy (SSRO) is a technique with a long history and broad application. Its evolution has involved changes in design and in different stabilization methods3,4.
The guarantees provided by the use of the SSRO proposed by Epker3 have been widely recognized; however, as Farrel & Tucker4 have described, there are mandibular morphologies that do not allow the creation of an osteotomy with this classic design. These authors modify the lateral osteotomy to the mandibular body. In mechanical and photoelastic tests, authors have shown that this variation in the design of the osteotomy influences the mechanical resistance5,6 of the fixation system as well as the pattern of distribution of the tensions7.
It is difficult to assess the force distribution on jaws and titanium plates due to the heterogeneous structure of the bones and the inability to simulate the effects of the muscles and soft tissues on the bones8. Finite element analysis (FEA), which has been used in engineering, is a support in the dental field for modern understanding of some particular phenomena like stress, strain, and displacement induced in living structures9. The aim of this study was to evaluate the stress distribution in two different design of SSRO through FEA.
MATERIALS AND METHODS
Finite Element Model Development and Properties
The 3D model of the hemimandible was built by scanning a polyurethane jaw (Franceschi & Costa e Silva Ltda. – Jaú, São Paulo – Brazil), after carrying out the SSRO. Than, the 3-matic Research 9.0 software (Leuven - Belgium) was used to adjust the STL file and make the cortical and medullary bone.
The models of plates and screws were designed based on physical specimens from 2.0 system 4-hole straight plates with titanium alloy screws (Grade 2 titanium, ASTM F136 - Engimplan®, Rio Claro SP, Brazil), with a 1 mm profile; the screws at plate were 5 mm long .and bicortical screws were 12mm long. They were made in the SolidWorks 2010 software (SolidWorks, Concord, Massachusetts, USA).
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In order to simplify the model, we eliminated the areas not relevant to the study of stress dissipation, such as the teeth. The 3D models generated were then imported into the CAE (computer-aided engineering) environment in ANSYS® Workbench™ 12 (Ansys Inc, Canonsburg, Pennsylvania, USA) for the FEA..
Regarding the meshes generated for this study, the models presented approximately 1800.00 nodes and 1.200.000 elements. The contact conditions were defined as attachment with screws/miniplates, screws/bone and cortical bone/medullary bone. Miniplate/bone contacts and contacts between anterior and posterior segments were suppressed due to geometric limitations. The anterior segment was limited to 3 degrees of freedom (rotation on the z-axis and displacement on the x- and y-axes) and the mandible was locked (zero degree of freedom) in the condyle, coronoid process and insertion of the masseter muscle positioned in the posterior lower region of the proximal segment. Loading was defined as a vertical 200N force in the region of the first molar. Four 3D model of a hemimandible was created and divided in two groups: group I - angled osteotomy and group II - linear osteotomy. After 5-mm advancement of the distal segment, the bone segments were fixed by two different osteosynthesis from 2.0mm plate/screw systems, establishing sub-groups: A, one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 screws and B, one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 screws and one bicortical screw (Figure 1).
The FEA results were examined as follows: (1) qualitative and comparative analysis among the two groups simulated by means of the figures and color gradients according to the concentration of stresses in each region; and (2) quantitative analysis by means of the numerical reading of the stresses in certain nodes of the model mesh. The analyses were performed taking into account the von Misses (VM) stresses to the osteosynthesis material, Mohr-Coulomb (MC) stresses, principal maximum and minimum stresses (Pmax and Pmin) to the bone structure and the displacement induced in the two materials.
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RESULTS
Von Mises Stress
The VM stress on plates showed the highest maximum value in the upper region between the intermediate bar and the third hole loop in all models. However it is remarkable the decrease of this in the models with bicortical screw GIB and GIIB (Figure 2). Being highest in GIIA (2105.2 MPa) and GIA (1762.7 MPa) with a displacement of (3.8mm and 3.4mm) respectively. The GIB (1072 MPa) and GIIB (1191.8MPa) models had the lowest and displacement were (1.1mm and 2mm) respectively (Table 1).
Mohr-Coulomb stress
The MC stress on bone showed the highest maximum value around the third screw hole in all models. The groups without bicortical screw GIA and GIIA were also critical areas, however smaller, around the hole of the second and fourth screws, the latter being free of this stress in groups with bicortical screw GIB and GIIB (Figure 3). Being highest in GIIA (10.34) and GIIB (6) with a displacement of (3.8mm and 1.15mm) respectively. The GIA (3.85) and GIB (3.12) models had the lowest and displacement were (2.68mm and 1mm) respectively (Table 1).
The volume of Mohr-Coulomb stresses ≥ 1 was highest in the distal segment in all models. However, a more egalitarian distribution was observed in the GIA and GIB models such as lowest volume (3.10 and 0.80) respectively. The GIIA model was the most unequal distribution, (99%) at the distal segment, and with the highest stress volume (4.7), followed by GIIB with (3.15).
Principal Maximum and Minimum Stress
In all models, the Pmax stress concentrated mostly on the bone around the third screw, followed by the area near to the second screw. The GIIA and GIIB models presented the highest principal maximum stress value (804.08MPa and 420.85MPa) respectively. The lowest Pmin stress also concentrated mostly on the bone around the third and second
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screw. The GIIA and GIIB models presented lowest values (983.71MPa and -909.33MPa) respectively. (Figure 4 and Figure 5).
DISCUSSION
In the present study, we present two osteotomy designs. One described by Epker3, the angled osteotomy; and the other by Farrel & Tucker4, the linear osteotomy. Not all patients have a mandibular morphology that allows for the creation of angular osteotomy. Factors such as patient gender, deformity presented, patient's biotype, type of movement desired during surgery, incorrect fractures during segment separation and even surgeon preference lead to modifications of the sagittal osteotomy design. In this work it is clear that the change in the design of the lateral osteotomy in the mandibular body influenced the qualitative and quantitative pattern of the stress distribution both on the plate and on the surface underlying it.
The choice of FEA as a research tool, was based on the existence of studies with the same methodology although for different purposes. Some related to types of fixation of the osteotomy10 or development of specific plates for Angle fractures11. The authors compared finite element analysis of mandible fractures with real clinical cases reported and concluded that it is a precise repeatable and noninvasive method for evaluating the biomechanical pattern of human mandibles under mechanical forces12. In addition, this analysis allows the surfaces corresponding to medullary bone and cortical bone to be differentiated. Factors that are limited in methodologies with polyurethane models and photoelastic analysis.
The SSRO advancement procedure has a very particular biomechanical feature. As with the advancement of the segments, a gap is produced in the osteotomy area, which requires that load transfer between segments occur mainly through their fixation systems10. Among the advantages already mentioned, we can add the possibility of a three-dimensional evaluation and the ability to evaluate the tensions generated even in the fixation system, something that is not possible, for example, in the photoelastic analysis.
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Throckmorton et al13 indicated that in the dental occlusion the posterior forces have a higher load than the anterior forces and following the guidelines of Aprino et al14 on obtaining maximum loads, in order to identify the vectors associated with the loss of osteosynthesis. The first molar occlusal was the choise as the point of force application. The linear osteotomy presented not only higher stress but higher displacement of plate and segments. However, if this same osteotomy is associated with a bicortical screw the variables studied became better than those of the angular osteotomy without bicortical screw. It would then be an option for improvement in the distribution and reduction of high stress zones the association of linear osteotomy with a bicortical screw. The same was observed in the mechanical resistance study6-15. The authors describe that the osteotomy design was not associated with SSRO mechanical behavior influences when the hybrid technique was applied6.
In this study besides Pmax and Pmin we also evaluated the MC formula so that it was possible to identify the areas of possible bone resorption and its volume. Again the models without bicortical screw had higher values, and the linear osteotomy presented greater area of bone resorption. In all models, the volume of areas with resorption was greater in the distal segment, but the application of a bicortical screw decreased these areas and their disparity between the segments.
The design of the osteotomy did not influence the intensity and distribution of the stress zones when the hybrid technique was applied, since when the fixation was only with plaque the angled osteotomy presented better stress distribution.
COMPETING INTERESTS
None declared.
ETHICAL APPROVAL
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TABLE
Table 1. Quantitative Analysis
Bone - Stress (MPa) Material Stress (MPa)
Groups
Morh Coulomb Morh Coulomb
volume Pmax Pmin Displacement von Mises Displacement (Max) (Max) (Min) (mm) (Max) (mm)
Proximal Distal GIA 3.85 1.18 2.01 371.01 -424.05 2.68 1762.7 3.44 GIB 3.12 0.36 0.44 304.36 -302.76 1.00 1072 1.08 GIIA 10.34 0.05 4.56 804.08 -983.71 3.86 2105.2 3.83 GIIB 6.00 0.38 3.15 420.85 -909.33 1.15 1191.8 1.97 mm = Millimeter MPa = MegaPascal 23
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FIGURES
Figure 1: Finite Element Models
Figure 1: Finite Element Models. GIA - angled osteotomy whit one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 screws; GIB - angled osteotomy whit one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 screws and one bicortical screws; GIIA - linear osteotomy whit one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 screws; GIIB - linear osteotomy whit one 4-hole conventional straight plate fixed by 4 screws and one bicortical screw.
26
Figure 2: Von Mises Stress
GIA - von Mises stress in GIA group; GIB - von Mises stress in GIB group; GIIB - von Mises in GIIB group; and GIIB - von Mises in GIIB group.
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Figure 3: Mohr-Coulomb stress values
GIA – Mohr-Coulomb stress values in GIA group; GIB – Mohr-Coulomb stress values in GIB group; GIIA – Mohr-Coulomb stress values in GIIA group; and GIIB – Mohr-Coulomb stress values in GIIB group.
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Figure 4: Principal Maximum Stress values
GIA - Maximum principal stress values in GIA group; GIB - Maximum principal stress values in GIB group; GIIA - Maximum principal stress values in GIIA group; and GIIB - Maximum principal stress values in GIIB group.
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Figure 5: Principal Minimum Stress values
GIA - Minimum principal stress values in GIA group; GIB - Minimum principal stress values in GIB group; GIIA - Minimum principal stress values in GIIA group; and GIIB - Minimum principal stress values in GIIB group.
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3 CONCLUSÃO
O desenho da osteotomia não influenciou a intensidade e distribuição das zonas de tensões quando a técnica híbrida foi aplicada, já quando a fixação foi apenas com placa a osteotomia angulada apresentou melhor distribuição das tensões.
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